基于热再再循环的广义回热式机炉解耦系统及控制方法与流程

本发明涉及火力发电。更具体地说，本发明涉及一种基于热再再循环的广义回热式机炉解耦系统及控制方法。

背景技术：

1、随着风电、光伏等新能源发电装机容量的持续增长，燃煤发电机组正逐步从基荷电源向深度调节电源转型，承担电网的深度调峰任务。为消纳新能源电力，燃煤机组需要长期在远低于额定负荷的工况下运行，部分调峰深度要求达到20%额定负荷甚至更低。

2、然而，现有超超临界直流锅炉在深度调峰工况下面临严峻的技术瓶颈。主要体现在：

3、（1）水动力失稳风险：直流锅炉在低负荷时，主蒸汽流量降低，当流量低于干态运行所需的最小安全流量时，水冷壁管内可能出现流量脉动、停滞甚至倒流，严重时导致管壁超温爆管。

4、（2）再热器超温：为维持直流锅炉在低负荷下的干态运行安全，通常需从锅炉过热器出口抽取部分主蒸汽以实现机炉解耦，维持锅炉侧较高的蒸发流量；但此举将导致进入汽轮机高压缸的蒸汽流量大幅减少，高压缸排汽即再热器的主要冷却工质随之锐减，而锅炉再热器受热面仍处于高热负荷辐射区域，冷却工质的缺失将直接引发再热器管壁超温，严重威胁设备安全。

5、针对上述两个问题，现有技术提出了一些改进方案。例如，通过主蒸汽抽汽供热或增设熔盐储热系统，可以在一定程度上减少进入高压缸的主蒸汽流量，同时维持锅炉侧主蒸汽流量。然而，这些方案需要增设储热设备或依赖外部热用户，系统复杂、初投资高，且未能解决再热器冷却工质不足的问题。另一种方案是采用再热蒸汽旁路或烟气再循环，但往往需要在再热器入口前额外增设减温减压设备，能效较低。

6、因此，如何在深度调峰工况下尤其是20%额定负荷及以下，在不依赖外部热用户、不增设庞大储热设备的前提下，同时解决水动力失稳和再热器超温两大安全问题，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

2、本发明还有一个目的是提供一种基于热再再循环的广义回热式机炉解耦系统及控制方法，其通过主蒸汽抽汽实现机炉解耦，以维持直流锅炉在深度调峰工况下的干态运行流量、解决水动力失稳问题，同时主动补偿因抽汽造成的再热器冷却工质缺失、解决再热器超温问题。

3、为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于热再再循环的广义回热式机炉解耦系统，包括：

4、主蒸汽旁路，其为从锅炉过热器出口的主蒸汽管道引出的分支管路，所述主蒸汽旁路的出口连接有蒸汽喷射器高压管路；

5、热再再循环管路，其为从锅炉再热器出口的热再蒸汽管道引出的分支管路；

6、蒸汽喷射器，其高压入口连接所述蒸汽喷射器高压管路的出口，所述蒸汽喷射器的低压入口连接热再再循环管路的出口，所述蒸汽喷射器的混合蒸汽出口连接有混合蒸汽管路；

7、其中，所述混合蒸汽管路的出口连接汽轮机高压缸的排汽管路，以与所述排汽管路汇合后，经再热蒸汽冷段连接锅炉再热器的入口。

8、优选的是，还包括旁路主蒸汽暖风器、0号高压加热器；所述主蒸汽旁路的出口端还连接有回热支路，所述回热支路的出口连接所述旁路主蒸汽暖风器的蒸汽入口，所述旁路主蒸汽暖风器的蒸汽出口连接所述0号高压加热器的蒸汽入口，所述0号高压加热器的蒸汽出口与锅炉省煤器的给水入口连通。

9、优选的是，所述热再再循环管路上还设有再热蒸汽暖风器；

10、所述系统还包括提升风温风道，所述提升风温风道的入口连接空预器出口风道，所述提升风温风道的出口分为第一支路和第二支路，所述第一支路连接所述再热蒸汽暖风器的风侧入口，所述第二支路连接所述旁路主蒸汽暖风器的风侧入口；所述再热蒸汽暖风器的风侧出口与所述旁路主蒸汽暖风器的风侧出口汇合后，连接锅炉炉膛的燃烧器或磨煤机。

11、优选的是，所述主蒸汽旁路上设有第一电动闸阀；所述蒸汽喷射器高压管路上依次设有第二电动闸阀和第一电动调节阀；所述热再再循环管路上依次设有第三电动闸阀和第二电动调节阀。

12、优选的是，所述热再再循环管路上还设有减温器，所述减温器位于所述第二电动调节阀和所述再热蒸汽暖风器之间。

13、优选的是，所述回热支路上设有第四电动闸阀和减温减压阀。

14、优选的是，所述空预器出口风道上设有第一关断风门和第一调节风门；所述提升风温风道的入口处设有第二关断风门；所述第一支路上依次设有第三关断风门和第二调节风门；所述第二支路上依次设有第四关断风门和第三调节风门。

15、本发明还提供一种基于热再再循环的广义回热式机炉解耦系统的控制方法，包括以下步骤：

16、步骤一：当机组参与深度调峰时，开启主蒸汽旁路上的第一电动闸阀，从锅炉过热器出口的主蒸汽管道抽取主蒸汽；

17、步骤二：将抽取的主蒸汽分为两路，一路经蒸汽喷射器高压管路进入蒸汽喷射器的高压喷嘴，另一路经回热支路依次进入旁路主蒸汽暖风器和0号高压加热器；其中，回热支路上设有第四电动闸阀和减温减压阀，蒸汽喷射器高压管路上设有第二电动闸阀和第一电动调节阀；

18、步骤三：通过热再再循环管路从锅炉再热器出口的热再蒸汽管道引出热再蒸汽，并使其依次通过再热蒸汽暖风器和减温器后，进入蒸汽喷射器的低压入口；其中，热再再循环管路上设有第三电动闸阀和第二电动调节阀；

19、步骤四：蒸汽喷射器将高压动力蒸汽与低压引射蒸汽混合成中压蒸汽，经混合蒸汽管路与汽轮机高压缸的排汽管路汇合，再通过再热蒸汽冷段送回锅炉再热器的入口。

20、优选的是，还包括前馈控制步骤：实时检测机组负荷变化率，根据所述负荷变化率预测scr入口烟温的未来变化趋势；当预测到scr入口烟温即将低于脱硝催化剂活性温度下限时，在烟温实际降至该下限之前，提前增加主蒸汽旁路的总抽汽量，并将增加的抽汽量经旁路主蒸汽暖风器后分配至0号高压加热器。

21、本发明至少包括以下有益效果：

22、第一、同时解决水动力失稳与再热器超温两大安全难题。通过主蒸汽旁路从锅炉过热器出口抽汽，使锅炉侧主蒸汽总流量在深度调峰工况下仍不低于干态直流运行所需的最小安全流量，有效避免水冷壁水动力失稳；同时，利用蒸汽喷射器引射热再再循环管路中的热再蒸汽，将混合蒸汽与高压缸排汽汇合后送回再热器入口，精确补充再热器缺失的冷却工质，使再热器总冷却流量不低于安全冷却所需流量，从根本上消除再热器超温风险；

23、第二、实现能量梯级利用与全工况综合能效提升。本发明的广义回热回路采用“先暖风后给水”的序贯顺序：旁路主蒸汽首先进入旁路主蒸汽暖风器加热二次风，利用高温蒸汽的大温差提高换热效率，然后降温至适宜温度后进入0号高压加热器加热给水，既满足了0号高压加热器对入口蒸汽温度的上限要求，又避免了高温蒸汽直接进入给水加热器导致的设备超温风险，最大限度地回收了旁路主蒸汽的热量，同时提升了低负荷稳燃能力和宽负荷脱硝性能；

24、第三、构建多重耦合约束下的系统性设计框架。本发明基于流量分配的强约束关系、蒸汽喷射器的参数匹配约束以及能量梯级利用的序贯依赖性，形成协调优化的设计方法，使系统各部件之间形成有机协同，避免了单一技术改进带来的顾此失彼，为深度调峰改造提供了可量化、可复制的技术路径；

25、第四、通过前馈预测控制消除scr脱硝响应延迟。实时检测机组负荷变化率，据此预测scr入口烟温的未来变化趋势，当预测到烟温即将低于脱硝催化剂活性温度下限时，提前增加主蒸汽旁路总抽汽量，并将新增的抽汽量经旁路主蒸汽暖风器后定向分配至0号高压加热器，克服了传统反馈控制因热惯性导致的烟温过度下降问题，确保在快速深度调峰过程中scr脱硝系统全程连续投运，nox排放始终达标；

26、第五、显著提升机组深度调峰能力与运行灵活性。采用本发明，超超临界直流机组可在不依赖外部热用户、不增设庞大储热设备的前提下，安全稳定地将负荷下限降低至20%额定负荷，实测水冷壁无超温，再热器管壁温度正常，scr入口烟温始终处于催化剂活性窗口内，锅炉不投油稳燃，实现了安全、经济、环保的深度调峰运行；

27、第六、形成全工况安全运行指导体系。基于本发明的系统特性，可建立涵盖水动力安全、受热面金属壁温、燃烧稳定性、环保参数的多维安全裕度模型，数字化定义不同负荷、不同煤质下的安全运行窗口，并配套在线监控、预警和操作指导规程，为运行人员提供从机组启动、深入调峰到负荷快速恢复的全过程安全导航，大幅降低复杂系统的运行风险。

28、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。